第10章_数字系统设计(1)
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张简单的装配图，以确定各元器件的实际位置，这 对于后面的布线和调试工作是十分重要的。
第二步就是把元器件按照装配图指示的位置插入实
验板或实验箱的面板上，然后进行接线。
在接线时，应首先连接各集成块的电源线和地线，
然后插入外围电路各元器件，最后完成各集成块之 间的信号连线。
第一台设备。它主要包括工艺设计以及安装调
试等内容。学生在实验室大都是在逻辑实验箱 上进行，验证是否达到任务书中各项要求。 安装与调试过程按照先局部后整机的原则。 要注意各信号输入端的正确处理，一般不允许 悬空。
第10章 数字系统设计
19
安装调试的第一步，就是根据实验板或实验箱为设
计者提供的使用面积和各元器件体积大小，画出一
第10章 数字系统设计
12
方案4 电子手表 秒脉冲信号
电路结构非常简单，但要从手表内引出秒脉冲 信号，工艺上有一定困难。 手表电池电压为1.3V，而一般CMOS电路工作 电压为318V，因此，不仅需两种电源供电，而 且引出信号还需增加电平转换电路才能使用。
第10章 数字系统设计 13
第10章 数字系统设计
6
10.2.1 课题分析
课题分析：根据技术指标的要求，做好充分的
调查研究，弄清系统所要求的功能和性能指标， 以及目前该领域中类似系统所能达到的水平， 对课题的可行性做出判断。
第10章 数字系统设计
7
10.2.2 方案论证
按照系统总的要求，得到系统框图。
每个框即是一个单元电路，按照系统性能指标要 求，规划出各单元电路所要完成的任务，确定输 出与输入的关系，决定单元电路的结构。 由系统框图到单元电路的具体结构应是多解的， 应该经过较为详细的方案比较和论证，以技术上 的可行性和较高的性能价格比为依据。 最后选定方案。
第10章 数字系统的设计
10Байду номын сангаас1 数字系统概述
数字系统的组成
数字系统的研制过程
10.2 数字系统设计的一般方法
10.3 数字系统设计举例
浮点频率计的设计
第10章 数字系统设计
1
10.1 数字系统概述 10.1.1 数字系统的组成
数字系统通常包括输入、输出、信息处理与控 制等部分 。
外部 输入
输入 电路
处理与 控制
输出 电路
对象 负载
第10章 数字系统设计
2
10.1.2 数字系统的研制过程
数字系统的研制过程一般如下图所示
选
题
拟 订 性 能 指 标
方 案 设 计
实 验 与 修 改
工 艺 设 计
样 机 研 制
试 生 产
鉴
定
批 量 生 产
第10章 数字系统设计
3
选题：即根据客观需求提出研制课题。
第10章 数字系统设计 8
例10-1：试设计一个秒脉冲发生器。
1. 提出方案。4种方案
方案1
交流50Hz 信号 方案2 整形 电路 50分频 器 秒脉冲 信号
RC多谐振荡器
秒脉冲信号
第10章 数字系统设计
9
方案3 石英晶体 多谐振荡器 多级 分频器 秒脉冲 信号
方案4 电子手表 秒脉冲信号
第10章 数字系统设计
10
2. 4种方案优缺点及可行性分析
1）方案1
交流50Hz 信号 整形 电路 50分频 器 秒脉冲 信号
50Hz信号的引入及其幅值要合适，使用起来不方
便，且工作稳定性及精度较差。
第10章 数字系统设计
11
方案2
RC多谐振荡器
秒脉冲信号
电路结构简单，但工作稳定性及精度差。
选择方案3
方案3 石英晶体 多谐振荡器 多级 分频器 秒脉冲 信号
电路工作稳定性及精度好，如果集成电路选择
合适，电路结构也很简单。 例如选择15级分频器及频率为32768Hz的石英晶 体，即可方便地构成秒脉冲发生器。
第10章 数字系统设计
14
10.2.3 方案实现
数字系统的实现大致有以下几种方法：
第一种方法的要点是：
熟悉目前数字或模拟集成电路的分类、特点， 合理地选择所用芯片，方便地实现各功能块的 要求，并且工作可靠、价格低廉。
对所选各功能块进行应用性设计时，要根据集 成电路的技术要求和功能块应完成的任务，正 确设计计算外围电路的参数，对于数字集成电 路要特别注意正确处理各功能输入端。
1）采用通用的集成逻辑器件组成。
传统的方法，实际应用比较广泛。 2）采用单片微处理器作为核心实现。 所用器件少，使用灵活，也得到广泛应用。 3）采用可编程逻辑器件PLD。
设计的系统体积小、功耗低、可靠性高、易于进行 修改等，已成为当今实现数字系统设计的首选方案。
4）设计功能完整的数字系统芯片。
第10章 数字系统设计 15
拟订性能指标：就是要根据实际的需要，并充分考
虑当前的技术发展状况，提出对系统主要性能指标 的要求。 方案设计：指从接到任务书一直到样机研制成功的 整个过程。
工艺设计：主要包括印制电路板的设计与制作，系
统各部件间的连接设计，接线图以及机箱的加工制 造等。
第10章 数字系统设计 4
样机研制：对整个系统进行安装调试，进一步完
第10章 数字系统设计 16
要保证各功能块协调一致地工作。
主要通过控制器来完成，控制器通常由移位寄 存器或计数器构成的脉冲分配器（又称节拍发 生器）来组成。
对该控制器的要求是严格的，不允许有竞争冒 险和过渡干扰脉冲出现，以免发生控制失误。 因为这一原因，控制器多采用扭环形计数器来 构成。
第10章 数字系统设计 17
10.2.4 系统仿真
系统仿真就是利用计算机内的EDA软件对所设
计的电路进行模拟仿真，这样，可以事先验证 设计的正确性，排除错误。
系统仿真可以大大缩短设计时间，减少故障出
现的可能性，提高系统的可靠性。
第10章 数字系统设计
18
10.2.5 样机研制
样机研制是设计完成后，按照设计加工制造的
善系统设计。
试生产：样机研制成功后，可根据实际情况试生
产若干台，交使用单位使用，并提出使用意见，
为下一步鉴定工作做准备。 最后才能正式投入生产。
第10章 数字系统设计
5
10.2 数字系统设计的一般方法
系统的设计没有一成不变的规定步骤，它往往
与设计者的经验、兴趣、爱好等密切相关。 总体来说可归纳为如图所示的5个步骤。 课题 分析 方案 论证 方案 实现 系统 仿真 样机 研制
第二步就是把元器件按照装配图指示的位置插入实
验板或实验箱的面板上，然后进行接线。
在接线时，应首先连接各集成块的电源线和地线，
然后插入外围电路各元器件，最后完成各集成块之 间的信号连线。
第一台设备。它主要包括工艺设计以及安装调
试等内容。学生在实验室大都是在逻辑实验箱 上进行，验证是否达到任务书中各项要求。 安装与调试过程按照先局部后整机的原则。 要注意各信号输入端的正确处理，一般不允许 悬空。
第10章 数字系统设计
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安装调试的第一步，就是根据实验板或实验箱为设
计者提供的使用面积和各元器件体积大小，画出一
第10章 数字系统设计
12
方案4 电子手表 秒脉冲信号
电路结构非常简单，但要从手表内引出秒脉冲 信号，工艺上有一定困难。 手表电池电压为1.3V，而一般CMOS电路工作 电压为318V，因此，不仅需两种电源供电，而 且引出信号还需增加电平转换电路才能使用。
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第10章 数字系统设计
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10.2.1 课题分析
课题分析：根据技术指标的要求，做好充分的
调查研究，弄清系统所要求的功能和性能指标， 以及目前该领域中类似系统所能达到的水平， 对课题的可行性做出判断。
第10章 数字系统设计
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10.2.2 方案论证
按照系统总的要求，得到系统框图。
每个框即是一个单元电路，按照系统性能指标要 求，规划出各单元电路所要完成的任务，确定输 出与输入的关系，决定单元电路的结构。 由系统框图到单元电路的具体结构应是多解的， 应该经过较为详细的方案比较和论证，以技术上 的可行性和较高的性能价格比为依据。 最后选定方案。
第10章 数字系统的设计
10Байду номын сангаас1 数字系统概述
数字系统的组成
数字系统的研制过程
10.2 数字系统设计的一般方法
10.3 数字系统设计举例
浮点频率计的设计
第10章 数字系统设计
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10.1 数字系统概述 10.1.1 数字系统的组成
数字系统通常包括输入、输出、信息处理与控 制等部分 。
外部 输入
输入 电路
处理与 控制
输出 电路
对象 负载
第10章 数字系统设计
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10.1.2 数字系统的研制过程
数字系统的研制过程一般如下图所示
选
题
拟 订 性 能 指 标
方 案 设 计
实 验 与 修 改
工 艺 设 计
样 机 研 制
试 生 产
鉴
定
批 量 生 产
第10章 数字系统设计
3
选题：即根据客观需求提出研制课题。
第10章 数字系统设计 8
例10-1：试设计一个秒脉冲发生器。
1. 提出方案。4种方案
方案1
交流50Hz 信号 方案2 整形 电路 50分频 器 秒脉冲 信号
RC多谐振荡器
秒脉冲信号
第10章 数字系统设计
9
方案3 石英晶体 多谐振荡器 多级 分频器 秒脉冲 信号
方案4 电子手表 秒脉冲信号
第10章 数字系统设计
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2. 4种方案优缺点及可行性分析
1）方案1
交流50Hz 信号 整形 电路 50分频 器 秒脉冲 信号
50Hz信号的引入及其幅值要合适，使用起来不方
便，且工作稳定性及精度较差。
第10章 数字系统设计
11
方案2
RC多谐振荡器
秒脉冲信号
电路结构简单，但工作稳定性及精度差。
选择方案3
方案3 石英晶体 多谐振荡器 多级 分频器 秒脉冲 信号
电路工作稳定性及精度好，如果集成电路选择
合适，电路结构也很简单。 例如选择15级分频器及频率为32768Hz的石英晶 体，即可方便地构成秒脉冲发生器。
第10章 数字系统设计
14
10.2.3 方案实现
数字系统的实现大致有以下几种方法：
第一种方法的要点是：
熟悉目前数字或模拟集成电路的分类、特点， 合理地选择所用芯片，方便地实现各功能块的 要求，并且工作可靠、价格低廉。
对所选各功能块进行应用性设计时，要根据集 成电路的技术要求和功能块应完成的任务，正 确设计计算外围电路的参数，对于数字集成电 路要特别注意正确处理各功能输入端。
1）采用通用的集成逻辑器件组成。
传统的方法，实际应用比较广泛。 2）采用单片微处理器作为核心实现。 所用器件少，使用灵活，也得到广泛应用。 3）采用可编程逻辑器件PLD。
设计的系统体积小、功耗低、可靠性高、易于进行 修改等，已成为当今实现数字系统设计的首选方案。
4）设计功能完整的数字系统芯片。
第10章 数字系统设计 15
拟订性能指标：就是要根据实际的需要，并充分考
虑当前的技术发展状况，提出对系统主要性能指标 的要求。 方案设计：指从接到任务书一直到样机研制成功的 整个过程。
工艺设计：主要包括印制电路板的设计与制作，系
统各部件间的连接设计，接线图以及机箱的加工制 造等。
第10章 数字系统设计 4
样机研制：对整个系统进行安装调试，进一步完
第10章 数字系统设计 16
要保证各功能块协调一致地工作。
主要通过控制器来完成，控制器通常由移位寄 存器或计数器构成的脉冲分配器（又称节拍发 生器）来组成。
对该控制器的要求是严格的，不允许有竞争冒 险和过渡干扰脉冲出现，以免发生控制失误。 因为这一原因，控制器多采用扭环形计数器来 构成。
第10章 数字系统设计 17
10.2.4 系统仿真
系统仿真就是利用计算机内的EDA软件对所设
计的电路进行模拟仿真，这样，可以事先验证 设计的正确性，排除错误。
系统仿真可以大大缩短设计时间，减少故障出
现的可能性，提高系统的可靠性。
第10章 数字系统设计
18
10.2.5 样机研制
样机研制是设计完成后，按照设计加工制造的
善系统设计。
试生产：样机研制成功后，可根据实际情况试生
产若干台，交使用单位使用，并提出使用意见，
为下一步鉴定工作做准备。 最后才能正式投入生产。
第10章 数字系统设计
5
10.2 数字系统设计的一般方法
系统的设计没有一成不变的规定步骤，它往往
与设计者的经验、兴趣、爱好等密切相关。 总体来说可归纳为如图所示的5个步骤。 课题 分析 方案 论证 方案 实现 系统 仿真 样机 研制